JPH01309479A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、結像光学系とこの結像光学系の黒子面に配置
された２次元固体撮像素子との間の光路に光透過形平行
平面板などの偏位光学素子を光軸回りに回転可能に挿入
して、いわゆるマイクロスキャニングを行なうようにし
た固体撮像装置に関する。

Ｂ、従来の技術 この種の固体撮像装置においては、固体撮像素子として
例えばＣＯＤが用いられるが、受光素子面積に対して検
知器が占有する面積、すなわち充足率が低いため、特に
目標物が長距離にわたるような場合、ミラーの機械的走
査によるいわゆる走査型撮像装置に比べると解像度が低
いという問題があった。

一従来の円形マイクロスキャニングについて−このよう
な問題を解決した固体撮像装置として、米国特許筒４，
６７５，５３２号に開示されたものが知られている。こ
の固体撮像装置は、例えば第１６図に示すように、目標
物からの光束１を結像させる結像光学系２と、この結像
光学系２の黒子面ＦＰ上に配置され光束１を受光して光
電変換しその電気信号を出力する２次元固体撮像素子３
と、結像光学系２と固体撮像素子３との間の光路に所定
の傾きで挿入され結像光学系２の光軸○Ｘ回りに回転可
能な光透過形の平行平面板４とを備えている。

この固体撮像装置では、例えば実線で示す平行平面板４
の傾きのとき（時点Ｔ１とする）２次元固体撮像素子３
から信号を読み出し、その位置から１８０８０度回転破
線の傾きのとき（時点Ｔ２とする）２次元固体撮像素子
３から信号を読み出す。これにより、２次元固体撮像素
子３を構成する各検知器のそれぞれは、平行平面板４の
傾きに応じた分だけ僅かにずれた目標物の領域を各時点
Ｔｌ、Ｔ２で撮像することになる。

すなわち、第１７図に示すように、例えば固体撮像素子
３を構成する検知器３１は、時点Ｔ１では領域Ｒ１１を
、時点Ｔ２では、時点Ｔ１で検知器３□が撮像した領域
Ｒ１□と領域Ｒ１□との間の領域Ｒ２□を撮像すること
になる。このような撮像方式はマイクロスキャニング方
式と呼ばれ、充足率の低い固体撮像素子３の解像度など
を向上するのに寄与する。

しかしながら、この従来の固体撮像装置においては、例
えば、上述した時点Ｔ、、Ｔ２の１８０度ごとに所定時
間だけ平行平面板の回転を停止させて固体撮像素子上で
結像する光束を滞留させ、電荷蓄積時間を十分に長くし
て感度の向上を図ろうとすると、固体撮像素子からの検
出信号によりテレビ画像を形成する場合、１秒間に３０
フレーム必要とするテレビ画像のために平行平面板を１
８０Ｏｒｐｍで回転させかつ１８０度ごとに停止させる
のが難しい。このため、固体撮像素子からの検出信号に
よりＴＶ両画像形成するには、回転光学系を使用しよう
とすれば連続回転して用いざるを得ないが、この場合に
は電荷蓄積時間が短かくなってしまい高感度な装置が得
られないという問題がある。

一既提案の変形ロゼツトマイクロスキャニングについて
−そこで本出願人は先に、特願昭６２−３０８０９８号
明細書において、平行平面板などの偏位光学素子を連続
回転させつつかつ電荷蓄積時間を長−７＝ くするようにした固体撮像装置を提案している。

第１８図はこの既提案の固体撮像装置で実現する変形ロ
ゼツトマイクロスキャニングを説明する図である。検知
器１１１〜１１４は水平方向および垂直方向にピッチＰ
で並設されている。今、水平および垂直両方向において
各検知器間に格子点８０をＰ／２ピッチで設定し、各検
知器の中心点と各格子点８０において検知器１１がらの
検知出力をサンプリングするものとする。そこで、この
固体撮像素子は第１９図に示すように、偏位量の異なる
一対の平行平面板１４．１５を異なった速度で互いに逆
転させ、結像光学系１２を介して平行平面板１５に入射
する光束が、固体撮像素子１１上において第１８図にＬ
で示す軌跡を描くようにしたものである。この軌跡りは
、大ループＬＬと小ループＬＳとからなり、大ループＬ
Ｌは、偏位量の大きい平行平面板１４が１回転する間に
３６０度１回転し、小ループＬｓは、その９０度ごとの
所定時間内において平行平面板１４が４５度回転する間
に３６０度１回転する。そして、＝８− 小ループを描く間に検知器の出力をサンプリングする。

このような固体撮像装置により、マイクロスキャニング
を行なわない場合に対して、サンプリングピッチをＰ／
２、すなわちサンプリング周波数を２倍としたマイクロ
スキャニングが実現でき、これによりナイキスト周波数
も２倍にして折返し歪の少ない画像信号が得られる。ま
た、サンプリング時に光束を小ループさせることにより
その動きを小さくし、蓄積時間の増加によるＭＴＦの劣
化を防止している。このことは、上述した通常の円形マ
イクロスキャニングに比べると、蓄積時間を等しくした
場合にはＭＴＦを大きくでき、等しいＭＴＦを与えると
すれば蓄積時間を長くできる。

ここで検知器出力のＭＴＦ特性について詳述する。

例えば第１８図に示したようにピッチＰ、検知器１１の
大きさをＰ／２とした固体撮像素子については、マイク
ロスキャニングをしない場合のＭＴＦ特性は第２０図に
示すようになる。図において、 ｆｓは検知器の配列ピッチＰに依存するサンプ、リング
周波数、 ｆｃは検知器の大きさＰ／２に依存するカットオフ周波
数、 である。

画像の信号成分がサンプリング周波数ｆｓの２分の１以
下、即ちナイキスト周波数ｆＮ以下からなる場合には、
サンプリング定理により画像を忠実に再現できるのであ
るが、実際には図示のようにナイキスト周波数ｆＮ以上
の周波数成分が含まれるため、破線のように折返し歪が
発生してハツチングの領域はモアレ領域となり、正確に
画像が再現できない。

一方、このような固体撮像素子に対して第１６図のよう
に円形マイクロスキャニングを行なうと、サンプリング
周波数が第２０図のｆｓ″のように大きくなりｆ　ｓ’
＝ｆ　ｃとなり、ナイキスト周波数もｆＮ′のように大
きくなり折返し歪を小さくできる。

これに対して、第１８図に示した大ループと小ループに
よる変形ロゼツトマイクロスキャニングを行なうと、各
周波数ｆｓ、ｆｃ、ｆＮは円形マイクロスキャニングと
変わらないが、各サンプリング点での光像の動きが少な
い分だけ、等しい蓄積時間に対してはナイキスト周波数
ｆＮにおけるＭＴＦの向上が可能となる。

以上述べた円形マイクロスキャニングにおいては、例え
ば３〜５μｍ波長域の赤外撮像素子について考えてみる
と、蓄積時間は、背景光量削除量にもよるがオーダ的に
は数ミリｓｅｃであるため、背景光量削除量を変更する
以外は折返し歪を調整することができない。

一方、変形ロゼツトマイクロスキャニングにおいては、
小ループの大きさを変更することにより数ミリ５００間
のみかけの検知器面積を増大でき、これによりＭＴＦは
劣化するもののカットオフ周波数ｆｃを小さくして折返
し歪の調整が可能である。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した変形ロゼツトマイクロスキャニ
ングにおいても次のような問題点がある。

上述の如く、変形ロゼツトマイクロスキャニングにおい
ては、小ループの大きさを変えることによりＭＴＦと折
返し歪との適切なバランスが図られるが、光束の偏位量
が異なる２枚の偏位光学素子を異なった速度で互いに逆
転させて大ループと小ループを描かせているので、上記
調整にも自ずと限界があり、最適解が得られないことが
ある。

また、８〜１２μｍ波長域の固体撮像素子では、上述の
３〜５μｍ波長域の固体撮像素子と同様に、背景光量削
除量にもよるが所定の感度を得るための蓄積時間はオー
ダ的に１００マイクロｓｅｃである。したがって、この
場合にはサンプリングピッチを減少させることによりサ
ンプリング周波数ｆｓを大きくしてＭＴＦを劣化するこ
となく折返し歪を減少できる。しかし、上述の円形マイ
クロスキャニングおよび変形ロゼツトマイクロスキャニ
ングでは、光束の軌跡を、検知器間に設けた１個の格子
点を通過するようにすることはできても（サンプリング
周波数を２倍にする）、２以上の複数の格子点（サンプ
リング点）上を通過させるのが難しくサンプリング周波
数ｆｃを２倍以上に増加することができず、８〜１２μ
ｍ波長域の固体撮像素子においては、十分に折返し歪の
減少を図れない。

本発明の目的は、ＭＴＦおよび折返し歪を適切にバラン
スさせた画像が得られる固体撮像素子を提供することに
ある。

また、本発明の目的は、ＭＴＦを劣化させることなく折
返し歪の十分な減少が図れる固体撮像素子を提供するこ
とにある。

Ｄ１問題点を解決するための手段 一実施例を示す第１図（ａ）、（ｂ）により本発明を説
明すると、請求項１に係る発明は、目標物からの光束を
焦平面ＦＰ上に結像させる結像光学系１２と、この焦平
面ＦＰ上に所定ピッチで配置され目標物からの光束を受
光して光電変換する複数個の検知器１１ｊを備えた２次
元固体撮像素子１１と、結像光学系１２と固体撮像素子
１１との間の光路にそれぞれ結像光学系の光軸ＯＸ回り
に回転可能に挿入され、入射光束を固体撮像素子１１上
で光軸○Ｘに対して半径方向に偏位させて結像せしめる
第１〜第３の偏位光学素子１４゜１５．２６と、これら
第１および第２の偏位光学素子１４．．１５．ｊ６を光
軸ＯＸ回りに回転させる駆動系５０とを備え、第１およ
び第２の偏位光学素子１４．１５を互いに逆方向に、か
つ偏位量の大きい第１の偏位光学素子１４が偏位量の小
さい第２の偏位光学素子１５よりも低速度で回転すると
ともに、第３の偏位光学素子２６が第２の偏位光学素子
１５よりも高速度で回転するように駆動系５０を構成す
るとともに、偏位量の大きい第１の偏位光学素子１４が
１回転する間に、固体撮像素子１１上の光束の軌跡りが
、第１図（ｂ）に示すように検知器１１ｉ上を通過する
大きなループＬＬを描くと共に、検知器１１ｉ通過の際
に小さなループＬ８を描いて検知器１１ｉ上で光束の滞
留時間が長くなるように、第１および第２の両側位光学
素子１４．１５の偏位量と回転速度を設定し、第１およ
び第２の偏位光学素子１４゜１５により小ループＬｓを
描く時間内に小ループＬｓの中心点を中心に光束の軌跡
が少なくとも１回転するように、第３の偏位光学素子２
６の回転速度を設定するものである。

また請求項３の発明は、検知器１１ｉ内で光束が小ルー
プＬｓを描いている時間中蓄積を続は小ループＬｓを描
く時間に該検知器１１１からの検知出力をサンプリング
するサンプリング手段を具備する。これにより、等価的
に検知器面積を増加せしめカットオフ周波数を低減して
折返し歪の向上を図る。

さらに請求項４の発明は、複数の検知器１１ｉ間に複数
の格子点８０を設定し、第３の偏位光学素子２６による
小ループを中心とした光束の円運動の軌跡Ｃｉが、複数
の格子点８０上を通過するように、第３の偏位光学素子
２６による偏位量を設定すると共に、円運動の軌跡Ｃｉ
が格子点８０と交叉するタイミングで検知器２６からの
検知出力を順次にサンプリングするサンプリング手段を
具備する。これにより、サンプリング周波数を増加せし
めてＭＴＦを劣化させることなく折返し歪の減少を図る
。

また、請求項５の発明は、請求項１におけると同様に、
結像光学系１２と、２次元固体撮像素子１１と、第１〜
第３の偏位光学素子４４，４５゜２６と、これら第１〜
第３の偏位光学素子４４゜４５．２６を光軸○Ｘ回りに
回転させる駆動系５０とを備え、第１および第２の偏位
光学素子４．４，４．５を互いに逆方向に等速度で回転
するとともに、第３の偏位光学素子２６が第１および第
２の偏位光学素子４４．．４５よりも高速度で回転する
ように駆動系５０を構成するとともに、固体撮像素子１
１上で光束が第１１図にＲ８Ｉ、Ｒ８２で示す如く直線
往復運動するように第１および第２の偏位光学素子４４
．４５の偏位量を等しく設定し、第１および第２の偏位
光学素子４４．４５により光束が直線運動の端部で折り
返す際に該直線運動の軌跡上の点を中心として少なくと
も１回転するように、第３の偏位光学素子２６の回転速
度を設定するものである。

請求項６の発明は、第３の偏位光学素子２６の回転によ
る光束の１回転以上の間で検知器１１ｉでの蓄積を続け
てサンプリングするものであり、これにより請求項３と
同様に、等価的に検知器面積を増加せしめてカッオフ周
波数を低減して折返し歪の改善を図る。

請求項７の発明は、第３の偏位光学素子２６による円運
動の軌跡Ｃｉが、複数の検知器１１ｉ間に設定された複
数の格子点８０上を通過するように、第３の偏位光学素
子２６による偏位量を設定すると共に、円運動の軌跡Ｃ
ｉが格子点８０と交叉するタイミングで検知器１１ｉか
らの検知出力を順次にサンプリングするサンプリング手
段を具備する。これにより、特に水平方向の解像度の向
上を図る。

Ｅ３作用 −請求項１− 目標対象物の光束は、第１と第２の偏位光学素子１４．
１５によって検知器１１ｉ上で小ループＬＳを描き滞留
時間を長くし、さらにその小ループＬｓの概略回転中心
を中心として第８の偏位光学素子２６の回転により所定
の半径ｒで円運動する。したがって、検知器１１ｉにお
いて第３の偏位光学素子２６による所定半径での回転の
１回転以上の間、光を蓄積し続けて、その１回転以上の
間隔でサンプリングすることとすれば、実質的に検知器
を拡大でき、これによってカットオフ周波数を低減して
、ＭＴＦと折返し歪との適切なバランスを図ることが可
能となる。また、第３の偏位光学素子２６による光束の
回転半径を検知器１１１間に設定した格子点８０上を通
る値に選定して、各格子点８０上で検知器出力をサンプ
リングすれば、サンプリング周波数を増加せしめ、ＭＴ
Ｆを劣化することなく折返し歪を低減できる。

−請求項５− 目標対象物の光束は、撮像素子］１上で往復直線運動す
る。そのとき、折返し端部では、光束の働きが遅くなり
上述の小ループのように検知器１１上で等測的に滞留し
、かつ、折返し運動を行ないながら第３の偏位光学素子
２６により所定の半径ｒで回転する。この結果、請求項
１と同様な効果が得られる。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 第１図（ａ）、（ｂ）および第２図により第１の実施例
を説明する。なお、第１９図と同様な箇所には同一の符
号を付して説明する。

この実施例は、第１図（ａ）に示すように、偏位量の異
なる第１および第２の平行平面板１４゜１５を異なった
速度で互いに逆転させると共に、第３の平行平面板２６
をより高速度で回転させ、結像光学系１２を介して平行
平面板１５に入射する光束が、第１および第２の平行平
面板１４゜１５により固体撮像素子１１上において第１
図（ｂ）にＬで示す軌跡を描くとともに、第３の平行平
面板２６により小ループＬＳを中心としてＣ１で示す円
形軌跡を描くようにしたものである。軌跡りは、大ルー
プＬＬと小ループＬｓとからなり、大ループＬＬは、偏
位量の大きい平行平面板１４が１回転する間に光束が３
６０度１回転して描かれ、小ループＬ８は、その９０度
ごとの所定時間内において平行平面板１４が４５度回転
する間に光束が３６０度１回転して描かれる。

なお、本明細書中、この軌跡りのようなスキャンを変形
ロゼツトマイクロスキャニングと呼ぶ。−方、軌跡Ｃｉ
は、小ループＬｓが描かれる平行平面板１４の４５度回
転中に光束が３６０度１回転して描かれる。

固体撮像装置の概略構成を示す第１図（ａ）において、
１１は２次元固体撮像素子であり、例えば第２図のよう
に所定ピッチＰで２次元配置されＰ／２ＸＰ／２の大き
さの検知器（例えばＣＣＤ）１１１〜１１９と図示しな
い読み出し部とを有する。

第２図では、中心点ピッチをＰとして３×３マトリクス
配置された９つの検知器１１□〜１１．が示されている
。

また、第１図（ａ）において、結像光学系１２は、目標
物からの光束を黒子面ＦＰ上に配置された２次元固体撮
像素子１１上に結像せしめる。例えば、結像光学系１２
の入射瞳位置に開口絞りを設け、像側にテレセンドリン
クとなるような結像光学系に構成される。光を透過する
一対の平行平面板１４．１５は、結像光学系１２と固体
撮像素子１１との間の光路にそれぞれ異なった傾きで挿
入され、結像光学系１２の光軸ｏＸ回りに回転可能とさ
れている。また、光透過形の平行平面板２６も、平行平
面板１４．１５と同様にある傾きをもって光軸ＯＸ回り
に回転可能とされている。

平行平面板１４，１５．２６はそれぞれホルダ１６．１
７．２７に保持されている。これらのホルダ１６，１７
．２７の外周面には歯車１６ａ。

１７ａ、２７ａが刻設され、ホルダ１７の歯車１７ａは
アイドル歯車１９を介して主歯車１８の小歯車１８Ｂと
噛合し、ホルダ１６の歯車１６ａは主歯車１８の小歯車
１８Ａと噛合し、さらに、ホルダ２７の歯車２７ａは主
歯車の大歯車１８Ｃと噛合している。主歯車１８はモー
タ２０により回転駆動される。

ここで、主歯車１８の小歯車１８Ａ、１８Ｂとアイドル
歯車１９の歯数は同一に設定され、かつアイドル歯車１
９とホルダ１７の歯車１７ａの歯数比は、１：１に設定
される。一方、小歯車１８Ａとホルダ１６の歯車１６ａ
との歯数比は１：３に設定され、この結果、ホルダ１６
と１７の角速度比ω１：ω２は１：３となる。また、主
歯車１８の大歯車１８Ｃとホルダ２７の歯車２７ａとの
歯車比は８：３に設定され、これにより、ホルダ２７と
１６との角速度比は８：１となる。

ここで、ホルダ１６．１７，２７、主歯車１８、アイド
ル歯車１９、モータ２０により駆動系５゜が構成される
。なお、駆動系５ｏはこのような形態に限定されず、イ
ナーロータ型モータ（例えばパンケーキ型モータ）に第
３の平行平面板２６を設けたり、遊星ローラ増速機を用
いたりすることができ、モータおよび増速機の構成は種
々のものが採用できる。

さらに第１図（ａ）において、３１は制御回路を示し、
モータ２０へ制御信号を送出するとともにモータ２０等
から位置信号を受けて、所定のタイミングで固体撮像素
子１１の検知出力をサンプリングする。そのサンプリン
グ信号は画像信号処理回路３２に供給されて所定の処理
が施され、ＣＲＴ３３にて映像化される。

このような構成により、平行平面板１４と１５とは互い
に逆方向に、かつ平行平面板１５が平行平面板１４の３
倍の角速度で回転するとともに、平行平面板２６が平行
平面板１４の８倍の角速度で回転する。ここで、固体撮
像素子１１からの信号によりテレビ画像を形成するもの
とし、低速度側すなわち偏位量の大きい平行平面板１４
の角速度ω□を３０ｒｐｓに設定する。この場合、モー
タ２０の回転速度は、 に定めればよい。このとき、平行平面板１５は　　　　
　　　・５４００ｒｐｍで回転し、平行平面板２６は１
４４００ｐｐｍで回転する。

次に、平行平面板１４．．１５による光束の偏位量ａ、
ｂについて第１図（Ｃ）により説明する。

検知器１１の蓄積時間Ｔａを、 ただし、２αは、光束が検知器１１上に滞留する間、す
なわち小ループＬＳを形成 する間の平行平面板１４の回転角。

Ｔｓは、平行平面板１４の１回転に要 する時間。

で表わす。このとき、回転角２αで小ループＬ８が形成
される条件、すなわち、小ループＬ５の初期走査開始点
ｓｐと走査終了点ＦＰ（第１図（ｃ）参照）とが一致す
るための条件は、 ａｓｉｎａ＝ｂｓ］ｎ３ａ　　　　　　　　　、、、（
２）となる。また、小ループＬｓの中心Ｏ８を検知器１
１の中心点ＯＤ（第１図（ｃ）参照）と一致させるため
の条件は、 ここで、Ｐは検知器１１の中心点ピッチである。今、こ
の実施例では２α＝４５度に設定したから、　（２）式
は、 ａ／ｂ＝ｃ　ｏ　ｔ　π／８　（＃２．４）　　　−（
４）と変形され、（３）式は、 と変形される。したがって、この実施例では、一対の平
行平面板１４．．１５による偏位量ａ。

ｂ（第１図（Ｑ）に示す）を（４）、（５）式を満足す
るように定め、これにより、第１図（ｃ）の軌跡りを得
る。

なお、平行平面板１４．１５による光束の偏位量は、は
ぼ次の式、 但し、ｔ：板厚 ｎ：屈折率 β：焦黒子ＦＰに対する平行平面板の 傾き角度 で表わされる。従って、ｔ、ｎ、　βを適宜選択するこ
とにより偏位量ａ、ｂを任意に設定できる。

以上のように、一対の平行平面板１４．１５による光束
の偏位量および両者の回転速度比を定めることにより、
平行平面板１５に入射する光束は、撮像素子１１上で第
１図（ｂ）、（Ｃ）に示す大小のループＬ＋−，Ｌｓが
ら成る軌跡りを描く。

すなわち、第１図（ｃ）に示すとおり、複数の検知器１
１１〜１１９のうち隣接する検知器、例えば１１□、１
１□、１１４，１１．のそれぞれの中心点を結んで形成
される正方形形状に即した形状で大きなループＬ’Ｌ（
第１図（ｃ）に２点鎖線で示す）を描くと共に、その大
ループＬＬの隅部を中心としたホさなループＬｓ（第１
図（ｃ）に実線で示す）を描く。

次に大小のループがどのようにして描かれるかを説明す
る。

第１図（ｃ）に示すようにＸ、Ｙ座標を設定する。例え
ば、Ｃ点に光束が位置している状態から平行平面板１４
がα度だけ右回転すると、平行平面板１４による偏位量
ａはα度だけ右回転しａ′点に位置する。更に第１図（
ｃ）に示すように、ａ′点を原点とし、偏位量すをｙ軸
とするＸｒ　ｙ座標を考えると、平行平面板１５による
偏位量すは、偏位量ａのα度右回転を加味するとａ′点
を中心として４α度だけ左回転することになるから、そ
れらが重畳されて光束がＣ点からＢ点に移動し、小ルー
プＬＳが描かれる。

ここで、偏位量すは、Ｘｒ”ｌ座標上で、ｘ＝−ｂｓｉ
ｎ４　　α ｙ＝　　ｂｃｏｓ４α と表され、更に、Ｘ＋Ｙ座標は、Ｘ、Ｙ座標と、Ｘ＝　
　ｘｃｏｓα十（ｙ＋ａ）　ｓｉｎαＹ　＝　−ｘ　ｓ
ｉｎ　ａ　十（ｙ　＋　ａ’）　ｃｏｓ　ａで対応づけ
られるから、結局、Ｘ、Ｙ座標上では、次式により示す
ことができる。

Ｘ＝−ｂｃｏｓα０ｓｉｎ４　α＋ａｓｉｒ＋α＋ｂｓ
ｉｎα０ｃｏｓ４　ａ＝ａｓｉｎα−ｂｓｉｎ３α−（
７） Ｙ　＝　ｔ）　５ｉ１　ａ　０ｓｉｎ４α十ａ　ｃｏｓ
α十ｂ　ｃｏｓα１ＣＯ５４α＝ａｃｏｓａ＋ｂｃｏｓ
３　ａ　　　　　　　　　　　−（８）以上の説明によ
って第１および第２の平行平面板１４．１５により変形
ロゼットマイクロスキャニングが行われることがわかる
。この実施例は、第１および第２の平行平面板１４．１
５により小ループＬＳを描く間に第３の平行平面板２６
により光束を更に１回転させるものであるが、まず、第
３の平行平面板２６を回転させずに変形ロゼッ１ヘマイ
クロスキャニングのみにより、検知器１１１の検知出力
のＭＴＦがどのように向上するかについて説明する。

このように構成された実施例では、第３図に示す円形ル
ープ状軌跡Ｑを描〈従来の円形マイクロスキャニング方
式に比へて、検知器１１上での滞留時間を長くすること
ができる。

すなわち、第３図に示す従来方式では、例えば１枚の平
行平面板４　（第１６図）が４５度回転する間に、第３
図に示すように光束が検知器１１の中心点ａを中点とし
てｂ→Ｃに移動する。このｂ点を中心とする仮想的な検
知器１１の領域１１ｂと、Ｃ点を中心とする仮想的な検
知器１１の領域１１ｃとの重複領域１１ｂｃは、光束が
４５度回転する間に検知器の電荷蓄積に寄与する光量が
一定となる領域を表わし、この領域から検知器周縁にか
けて光量は減少していく。

一方、第１図（ａ）、（ｂ）に示す変形ロゼツトマイク
ロスキャニング方式では、第１図（ｃ）に示すように、
平行平面板１４が４５度回転する間に、光束が検知器１
１１の中心点Ａを中点としてＢ−＋Ｃ−＋Ｂに小ループ
Ｌ８を描いて移動する。

このＢ点を中心とする仮想的な検知器１１１の領域１１
Ｂと、Ｃ点を中心とする仮想的な検知器１１□の領域１
１Ｃとの重複領域１１Ｂｃは、光束の軌跡が４５度回転
する間に上記光量が一定となる領域を表わし、この領域
から検知器周縁にかけて光量は上述と同様に減少する。

ここで、変形ロゼツトマイクロスキャニングによる効果
を説明するために、いま物体空間での受光素子と共役な
面において、受光素子の各検知器と、物体との関係につ
いて比較検討してみる。

まず目標物体が第４図の様に、最も簡単な市松模様の明
暗部からなりその周期が各検知器のピッチと同一であり
、第４図（ａ）の如く、検知器と市松模様の物体の明暗
とが整合している場合について検討する。簡単のために
図中に矢印で示すように正方形走査を仮定すると、１つ
の検知器が１周期のマイクロスキャニングにより物体面
上を走査する時の１つの検知器での電荷の瞬時値時間変
化は、第５図（ａ）のように、三角波となる。このとき
、物体像として再現される空間周波数は、ナイキスト周
波数であり、サンプリング定理から完全に目標が再現で
きる。

他方、検知器と市松模様の物体のパターンとが、第４図
（ｂ）のように検知器の１／４ピツチ（サンプリングピ
ッチの１／２）だけズしている場合には、１つの検知器
が１周期のマイクロスキャニングにより物体面上を走査
する時の１つの検知器での電荷の瞬時値変化は、第５図
（ｂ）のように、一定の値となる。このように、検知器
と物体パターンとのピッチズレを考慮して、実際に再現
される最高周波数は、ケル係数によって補正されること
は周知である。

いま、第４図（ａ）に示す如く、時刻ｊＡ＋　ｊＢ＋ｊ
ｃ＋　ｔＤ＋　ｔＥを１周期として、計算を容易にする
ために、図中の矢印に示すように正方形の周上を相対的
に移動するものとする。このとき、第４図（ａ）及び第
５図（ａ）のようにナイキスト周波数ｆＮが再現されて
いる場合についてみれば、ｊＡ＋　ｔＢ＋　ｔｃ＋　ｔ
Ｄ、ｔＥの各時刻を中心として、１／４周期の時間だけ
電荷を蓄積する場合に得られる検知器の出力は第６図（
ａ）のようになる。

この図においても、電荷量（感度に線型性を仮定すれば
電圧）を縦軸に、時間を横軸にとっている。

第６図（ｂ）は、比較のために、電荷蓄積時間を１７８
周期とした場合であり、蓄積時間を短くすることによっ
て、コントラストが高まることが明らかである。

従って、受光素子（検知器）の感度に制限がないとすれ
ば、蓄積時間をゼロに近づける時にコントラストが最大
となり、 ＭＭＡＸ＝　（ＶＨ−ＶＬ）／　（ＶＨ＋ＶＬ）となる
。ここで、ＶＨは検知器の高出力レベル、ＶＬは低出力
レベルを表す。

ここで、上述した変形ロゼツトマイクロスキャニングに
より、小ループＬｓを描く間の１７８周期だけ電荷蓄積
を行うこととすれば、その出力は第６図（ｃ）の、よう
に近似され、この場合のコントラストＭは、 Ｍ　Ｃ：　Ｍ　ＭＡＸ となる。即ち、コントラストを低下させることなく、蓄
積時間を飛羅的に増すことが可能となる。

そして、一定速度の高速走査による通常の円形マイクロ
スキャニングによって得られる同じく１／８周期の蓄積
時間では、第６図（ｂ）の場合のようになり、この場合
のコントラストＭｂは、Ｍｂ＝＝　（ＶＨ’　−ＶＬ’
　）／　（ＶＨ’　＋ＶＬ’　）である。ここで、 ＶＨ’　＋ＶＬ’　＝ＶＨ＋ＶＬ であるから、第６図（ｂ）と（ｃ）との面積計算により
、 Ｍｂ＝０．７５Ｍｃ となり、変形ロゼツトマイクロスキャニングを行う固体
撮像装置によれば、空間周波数ｆＮの目標物体に対して
、３３％のコントラストの向上、即ちＭＴＦの向上が図
れる。

次に、円軌跡Ｃｉのスキャンの効果について説明する。

今、この変形ロゼツトマイクロスキャニングによるＭＴ
Ｆ特性が第７図に実線で示されるとする。

第３の平行平面板２６を第１の平行平面板１４の８倍の
速度で回転させると、第１図（ｂ）の円軌跡Ｃ５のよう
に小ループＬＳの中点を中心として光束がさらに円運動
する。この円運動の少なくとも１回転の間、検知器での
蓄積を続けこの間隔で検知器からの検知出力をサンプリ
ングすると、等価的に検知器の面積が増加したことにな
り、カットオフ周波数ｆｃが第７図のｆｃ’のように低
下し、ＭＴＦ特性が２点鎖線で示すようになる。

すなわち、ＭＴＦは劣化するが破線で示す折返し歪の低
減が図られている。

第３の平行平面板２６による光束の偏位量を変えれば、
円軌跡Ｃｉの半径を任意に変えることができる。これは
、等価的に増大する検知器の面積を調節することを意味
するから、光軸○Ｘに対して所望の傾き角および厚さを
もつ第３の平行平面板２６を挿入することにより、サン
プリング周波数ｆｓとナイキスト周波数ｆＮとの間でカ
ットオフ周波数ｆｃを任意にｆｃ’のように設定でき、
ナイキスト周波数ｆＮにおけるＭＴＦと折返し歪との適
切なバランスが図られる。

このように第３の平行平面板２６により光束を回転させ
て実質的な検知器面積を拡大する場合には、実質的に拡
大された検知器の感度は一般的には均一にならないため
、第３の平行平面板２６による光束の偏位量、すなわち
光束の回転半径の設定にあたっては、このような実質的
に拡大された検知器の感度分布を考慮することが望まし
い。

３〜５μｍ波長域の目標物を捕捉する赤外撮像素子（検
知器）では、蓄積時間がオーダ的に数ミリＳｅｃという
比較的長時間であるため、第１および第２の平行平面板
１４．１５による偏位量ａ。

ｂを変更して検知器面積を等価的に増大させることによ
ってカットオフ周波数ｆｃを変更するのには限界があり
、既提案による変形ロゼッ１へマイクロスキャニングだ
けでは検知出力のＭＴＦは、はぼ第７図の実線で示す状
態から大きく変更することは困難であった。これに対し
て第１の実施例によれば、小ループＬｓを描く間に更に
第３の平行平面板２６により光束を半径ｒで１回転以上
しており、その半径ｒを任意に変更すれば、検知器の面
積の等価的な増加を任意に選択でき、したがって、カッ
トオフ周波数も任意に選べ、これにより、ＭＴＦと折返
し歪との適切なバランスの画像が得られる。

一第２の実施例− 第１の実施例では、小ループＬｓを描く際に光束を更に
任意の半径ｒで少なくとも１回転させ、その間、蓄積し
続けて検知器１１からの検知出力をサンプリングした。

この第２の実施例においては、円軌跡Ｃｉが、隣接する
検知器間にＰ／４ピッチで設定した格子点（サンプリン
グ点）８０と交叉するようにその半径を定め、各格子点
でそれぞれ検知器１１から検知出力をサンプリングする
ものである。

今、小ループＬｓを描くに要する時間は、光束が大ルー
プＬＬ１回転を描くに要する時間をＴ（＝１／３０ｓｅ
ｃ）とすれば、Ｔ／８である。

そこで、第３の平行平面板２６をＴ／８の周期で回転せ
しめる一方、偏位量として、 ４ｖ’Ｔ　　　　　゛ ただし、Ｐは検知器間ピッチ を与えると、光束の円軌跡Ｃｉは、Ｐ／４ピッチで設け
られた格子点８ｏと交叉する。そこで、各格子点上で検
知器１１からの検知出力をサンプリングすれは、サンプ
リングピッチがＰ／４となり、第７図に対してサンプリ
ング周波数ｆｓが２倍となりナイキスト周波数ｆＮも２
倍となる。この結果、ナイキスト周波数ｆＮとカットオ
フ周波数ｆｃとが一致し、そのＭＴＦ特性は第８図に示
すようになり、ＭＴＦを劣化させずに折返し歪の低減が
図れる。

なお、第９図に示すように、水平方向と垂直力向の検知
器のピッチが異なる場合にも、第１および第２の実施例
を適用できる。このようなスキャンを実現するための装
置を第１０図に示す。

第１０図において第１図（ａ）と同様な箇所には同一の
符号を付して相異点のみ説明する。すなわち、パルスモ
ータ２０−１により、第１の主歯車１８−０を介して第
１の平行平面板１４を回転するとともに、モータ２０−
２により、第２の主歯車１８−２を介して第２の平行平
面板１５と第３の平行平面板２６を一定回転する。ここ
で、パルスモータ２ｏ−１の回転は等速ではなく、第１
の平行平面板１４の周期を変えることなく、垂直方向に
ループＬを描く際に水平方向の場合よりも回転速度を上
げる。これにより、垂直方向と水平方向で異ったピッチ
で検知器１１を配列した場合にも対応できる。

一第３の実施例− 以上説明した実施例は、変形ロゼツトマイクロスキャニ
ングを行ない水平および垂直両方向共に等しいピッチで
格子点を設定して解像度を向上させるものであるが、こ
の実施例は、水平方向の解像度を特に向上させるように
したものである。したがって、この実施例では、第１１
図に示すように、目標対象物の光束を水平方向矢印Ｒ５
Ｉ、Ｒ８２のように往復直線スキャン（以下、これを往
復直線マイクロスキャニングと呼ぶ）し、往復動の折り
返し部で上記第１および第２の実施例と同様に光束をあ
る半径ｒで符号Ｃ１のように円運動させるものである。

このような往復直線軌跡Ｒ８Ｉ、Ｒ８２と円軌跡Ｃ〕と
による往復直線マイクロスキャニングは第１２図に示す
装置で実現できる。

第１２図において第１図（ａ）と同様な箇所には同一の
符号を付して説明する。光透過形の第１の平行平面板４
４および第２の平行平面板４５は互いに等速度で逆回転
し、各平行平面板の光束の偏位量（ａ、ｂ）は等しい。

また、第３の平行平面板２６は、第１．第２の平行平面
板４４−．４．５の４倍の角速度で回転する。４．６．
４８はホルダ、４８は主歯車、４．８　Ａ〜４．８　Ｃ
は小歯車および大歯車、４９はアイドル歯車である。

第１および第２の実施例と同様に検知器出力をテレビに
映像化する場合、モータ２ｏの回転数を３６００ｒｐｍ
に設定すると、第１および第２の平行平面板４４．４５
の回転数を１８０Ｏｒｐｍ、第３の平行平面板２６の回
転数を７２００ｒｐｍに設定すればよい。

今、検知器１１の１辺をＰ／’２、検知器１１間のピッ
チをＰとし、水平方向の格子点をＰ／４ピッチに、垂直
方向の格子点をＰ／２ピッチにそれぞれ設定する場合、
第１および第２の平行平面板４−４．４５の各偏位量ａ
、ｂを とすれば、光束は往復直線運動する。そして、ａ　（２
−ｆ丁）で示される往復直線スキャンの折返し領域が変
形ロゼツトマイクロスキャニングの小ループＬｓの領域
に対応し、第１および第２の平行平面板４４．４５の１
回転の周期Ｔ（＝１／３０ｓｅｃ）の１７４の時間だけ
、光束はその折返し領域に滞留するとみなせる。そして
、このＴ７４時間内に第３の平行平面板２６により光束
をすとおり検知器１１ｉの中心点および格子点８０と交
叉する円軌跡Ｃｉが得られる。

そこで、この各格子点で最適蓄積時間だけ検知器出力を
サンプリングすると、水平方向のサンプリングピッチは
Ｐ／４となり、そのＭＴＦが第８図に示すようになる。

ここで、ｆ　５＝２ｆ　ｃとなす、ｆＮ＝　＝ｆｓで表
わされるナイキスト周波数までの空間周波数パターンに
対しては破線で示す折返し歪が画像信号に重畳されモア
レ現象が生ずるが、折返し歪そのものが低減されている
から、従来よりも良好な画像が得られる。

なお、第３の平行平面板２６による光束の偏位量、すな
わち円軌跡Ｃｉの半径ｒを任意に与え、往復直線スキャ
ンの折り返し端部でのＴ／４時間内に円軌跡Ｃｉを描く
ようにし、このＴ／４時間に検知器出力をサンプリング
すれば、水平方向のＭＴＦは第７図のようになる。この
場合も、半径ｒにより実線または２点鎖線の特性を選択
できる。

さらに本実施例は、第１３図に示すように、水平方向と
垂直方向の検知器のピッチが異なる場合にも適用できる
。この場合の装置は、第１０図に示したものと同様の構
成になる。

一変形例一 以上説明した実施例においては、第１および第２の平行
平面板１４．１５または４４．４５により目標対象物の
光束に対して変形ロゼツトマイクロスキャニングまたは
直線往復マイクロスキャニングを行い、それらマイクロ
スキャニングの所定位置で光束を滞留させ、さらに第３
の平行平面板２６により滞留中に光束を少なくとも１回
転させた。

第１４図に示す変形例は、偏位光学素子として反射ミラ
ーから成る主鏡５１．副鏡５２を用いたものである。そ
してこの主鏡５１．副鏡５２の法線ベクトルＮを光軸に
対して傾け、副鏡５２を回転させてロゼツトマイクロス
キャニングを行う。

さらに、第３の平行平面板５３を回転させて変形ロゼツ
トマイクロスキャニング中の光束をさらに１回転させて
検知器１１上に結像させる。このような構成でも、上述
したと同様な効果が得られる。

一方、第１５図も同様な装置であり、副鏡５２の反射面
のみ傾け、副鏡５２と主鏡５１との間および主鏡５１と
検知器１１との間に光透過形くさび５４．５５をそれぞ
れ配設し、副鏡５２とくさび５４を回転させてロゼツト
マイクロスキャニングを行うとともに、くさび５５を回
転させてロゼツトマイクロスキャニングされる光束を所
定の位置でさらに１商転させる。これによっても上述し
たと同様な効果が得られる。

なお、第１〜第３の実施例においては偏位光学素子とし
て平行平面板を用いた場合ｂ３ついて説明したが楔状プ
リズムを用いてもよい。この場合、光束の偏位量はプリ
ズムから出射する光束の偏向角により決まる。

Ｇ８発明の効果 本発明によれば、目標対象物の光束に対して変形ロゼツ
トマイクロスキャニングあるいは往復直線マイクロスキ
ャニングを行い、これらマイクロスキャニングの１周期
中のある時間内に光束を滞留せしめるとともに、その滞
留時の光束をさらに所定の半径で１回転以上回転させる
ようにしたので、 ■滞留時間毎に検知器出力のサンプリングを行う場合に
は、その滞留中に円運動する光束の半径を任意に変更す
ることにより、ＭＴＦと折返し歪の適切なバランスが図
れる。これは、最適蓄積時間が比較的長い特に３〜５μ
ｍの波長域の赤外撮像素子に効果がある。

■また、その半径を適切に定めるとともに、滞留時に１
回転する光束が、隣接する検知器間に予め設定した複数
の格子点を通過するようになし、かつ各格子点で検知器
出力をサンプリングすることにより、サンプリング周波
数を高くすることができ、ＭＴＦを劣化することなく折
返し歪を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜第８図は本発明の第１
の実施例を説明するもので、第１図（ａ）は撮像装置の
概略を示す構成図、第１図（ｂ）は検知器上の光束の軌
跡を説明する図、第１図（ｃ）は変形ロゼツトスキャニ
ングによるＭＴＦの向上を説明する図、第２図は固体撮
像素子の平面図である。 第３図が第１図（ｃ）と比較して示す円形マイクロスキ
ャニングによる検知器上の光束の軌跡を説明する図、第
４図（ａ）は物体面上での検知器と物体との位置関係を
示す図、第４図（ｂ）は物体に対して検知器が１／４ピ
ツチだけズした場合の位置関係を示す図、第５図（ａ）
及び第５図（ｂ）は第４図（ａ）及び（ｂ）に対応する
１つの検出器での電荷の瞬時値変化を示す図、第６図（
ａ）は従来の円形マイクロスキャニングにより１／４周
期だけの電荷蓄積を行った場合の検知器の出力説明図、
第６図（ｂ）は従来の円形マイクロスキャニングにより
１７８周期だけの電荷蓄積＝４４− を行った場合の検知器の出力説明図、第６図（Ｃ）は変
形ロゼツトマイクロスキャニングにより１／−８周期だ
けの電荷蓄積を行った場合の検知器の出力説明図、第７
図および第８図はＭＴＦ特性を示す図である。 第９図および第１０図は第１および第２の実施例の変形
例を説明するもので、第９図が光束の軌跡を示す図、第
１０図が装置の全体概略構成図である。 第１１図〜第１３図は第３の実施例を説明するもので、
第１１図が光束の軌跡を示す図、第１２図が装置の全体
概略構成図、第１３図はその変形例における光束の軌跡
を示す図である。 第１４図および第１５図は、偏位光学素子を反射ミラー
とした走査光学系の他の変形例を示す図である。 第１６図および第１７図は従来技術を説明するもので、
第１６図が円形マイクロスキャニングを行う従来の撮像
装置の概略構成図、第１７図が円形マイクロスキャニン
グを説明する図である。 第１８図は既提案の変形ロゼツトマイクロスキャニング
を説明する図、第１９図がその装置を示す構成図、第２
０図がマイクロスキャニングによる折返し歪の低減を説
明するＭＴＦ特性図である。 １１：固体撮像素子 １１１：検知器 １２：結像光学系 １４．１５，２６．４−４，４５７平行平面板１６．１
７，２７，４．６，４７：ホルダ１６ａ、１７ａ、２７
ａ　：歯車 １８．４８：主歯車 １８Ａ、１８Ｂ、４８Ａ、４．８Ｂ　：小歯車１８Ｃ，
４８Ｃ：大歯車 １９．４９：アイドル歯車 ２０：モータ ３１：制御回路 ５０：駆動系 Ｌ：変形ロゼノＩ−マイクロスキャニングの軌跡 ＬＬ：太ループ　　Ｌｓ：小ループ Ｃ１：円軌跡 Ｒ８Ｉ、Ｒ８２：直線往復マイクロスキャニングによる
軌跡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）目標物からの光束を焦平面上に結像させる結像光学
   系と、 該焦平面上に所定ピッチで配置され前記光束を受光して
   光電変換する複数個の検知器を備えた２次元固体撮像素
   子と、 前記結像光学系と固体撮像素子との間の光路にそれぞれ
   該結像光学系の光軸回りに回転可能に挿入され、入射光
   束を前記固体撮像素子上で光軸に対して半径方向に偏位
   させて結像せしめる第１〜第３の偏位光学素子と、 これら第１〜第３の偏位光学素子を前記光軸回りに回転
   させる駆動系とを備え、 前記第１および第２の偏位光学素子を互いに逆方向に、
   かつ前記偏位量の大きい前記第１の偏位光学素子が偏位
   量の小さい前記第２の偏位光学素子よりも低速度で回転
   するとともに、前記第３の偏位光学素子が前記第２の偏
   位光学素子よりも高速度で回転するように前記駆動系を
   構成するとともに、 前記偏位量の大きい前記第１の偏位光学素子が１回転す
   る間に、前記固体撮像素子上の前記光束の軌跡が、前記
   検知器上を通過する大きなループを描くと共に、検知器
   通過の際に小さなループを描いて検知器上で前記光束の
   滞留時間が長くなるように、前記第１および第２の偏位
   光学素子の偏位量と回転速度を設定し、 前記第１および第２の偏位光学素子により前記小ループ
   を描く時間内に前記小ループ中心点を中心に前記光束の
   軌跡が少なくとも１回転するように、前記第３の偏位光
   学素子の回転速度を設定することを特徴とする固体撮像
   装置。 ２）前記大きなループは、前記複数の検知器のうち隣接
   する検知器のそれぞれの中心点を結んで形成される形状
   に即した形状であり、前記小さなループは、その大ルー
   プ形状の隅部を中心としたループであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置。 ３）前記検知器内で前記光束が小ループを描いている時
   間毎に該検知器からの検知出力をサンプリングするサン
   プリング手段を具備することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の固体撮像装置。 ４）前記複数の検知器間に複数の格子点を設定し、前記
   第３の偏位光学素子による前記小ループを中心とした前
   記光束の円運動の軌跡が、前記複数の格子点上を通過す
   るように、前記第３の偏位光学素子による偏位量を設定
   すると共に、 前記円運動の軌跡が前記格子点と交叉するタイミングで
   前記検知器からの検知出力を順次にサンプリングするサ
   ンプリング手段を具備することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の固体撮像装置。 ５）目標物からの光束を焦平面上に結像させる結像光学
   系と、 該焦平面上に所定ピッチで配置され前記光束を受光して
   光電変換する複数個の検知器を備えた２次元固体撮像素
   子と、 前記結像光学系と固体撮像素子との間の光路にそれぞれ
   該結像光学系の光軸回りに回転可能に挿入され、入射光
   束を前記固体撮像素子上で光軸に対して半径方向に偏位
   させて結像せしめる第１〜第３の偏位光学素子と、 これら第１〜第３の偏位光学素子を前記光軸回りに回転
   させる駆動系とを備え、 前記第１および第２の偏位光学素子を互いに逆方向に等
   速度で回転するとともに、前記第３の偏位光学素子が前
   記第１および第２の偏位光学素子よりも高速度で回転す
   るように前記駆動系を構成するとともに、 前記固体撮像素子上で前記光束の軌跡が直線運動するよ
   うに前記第１および第２の偏位光学素子の偏位量を等し
   く設定し、 前記第１および第２の偏位光学素子により前記光束が前
   記直線運動の端部で折り返す際に該直線運動の軌跡上の
   点を中心としてその光束の軌跡が少なくとも１回転する
   ように、前記第３の偏位光学素子の回転速度を設定する
   ことを特徴とする固体撮像装置。 ６）前記第３の偏位光学素子の回転により前記光束が１
   回転以上する毎に前記検知器からの検知出力をサンプリ
   ングするサンプリング手段を具備することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の固体撮像装置。 ７）前記第３の偏位光学素子による前記円運動の軌跡が
   、前記複数の検知器間に設定された複数の格子点上を通
   過するように、前記第３の偏位光学素子による偏位量を
   設定すると共に、 前記円運動の軌跡が前記格子点と交叉するタイミングで
   前記検知器からの検知出力を順次にサンプリングするサ
   ンプリング手段を具備することを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載の固体撮像装置。